Materiales de refuerzo

Los distintos materiales de refuerzo también determinan las propiedades finales de los perfiles y las rejillas.

«Fibra textil» es el término genérico que designa a las fibras finas hiladas a partir de vidrio fundido y con una sección transversal aproximadamente redonda. El vidrio textil se fabrica a partir de vidrio E de alta calidad y, para aplicaciones especiales, también a partir de vidrio R y vidrio C. Su resistencia y su módulo de elasticidad relativamente elevados se deben a los fuertes enlaces entre el silicio y el oxígeno en una red tridimensional. Debido a su estructura amorfa, las fibras de vidrio son isotrópicas, a diferencia de las fibras de carbono o de aramida.

Tras su fabricación, se aplica un apresto sobre la fibra de vidrio recién moldeada. Este apresto une los filamentos, protege la superficie y actúa como agente de adhesión para la matriz.

Las fibras de carbono o C están compuestas en más de un 90 % por carbono puro y tienen un diámetro de entre 5 y 10 micrómetros.
Como materia prima se suelen utilizar PAN (fibras de poliacrilonitrilo), brea o celulosa.

Propiedades especiales

  • alta resistencia hasta unos 2.500 °C
  • muy anisotrópicas
  • Expansión térmica negativa en la dirección de la fibra
  • conductoras térmicas y eléctricas
  • Buena compatibilidad con el cuerpo
  • sensible a la flexión y a la presión
  • muy resistente a la corrosión
  • muy caro

Tras su fabricación, las fibras de carbono se someten a un tratamiento superficial. En este proceso, se oxida la superficie para generar el mayor número posible de óxidos superficiales que puedan establecer enlaces químicos con el sistema de matriz. La superficie de las fibras se recubre con el «Faserfinish» inmediatamente después del pretratamiento. Se trata de una sustancia que, en primer lugar, tiene por objeto impedir la adsorción de agua en la superficie activa y que contiene los grupos funcionales necesarios para la unión con el sistema de matriz.

Las fibras de aramida (Kevlar) son polímeros orgánicos lineales que presentan una elevada resistencia y rigidez. Al igual que la fibra de carbono, la fibra de aramida presenta un coeficiente de dilatación térmica negativo debido a su elevada orientación molecular (efecto de entropía).

Propiedades especiales

  • la fibra de refuerzo más ligera
  • muy sensible a la presión
  • altamente anisotrópica
  • alta absorción de humedad
  • Sensibilidad a los rayos UV
  • Escasa adherencia a la matriz
  • difícil mecanizado
  • muy caro

La superficie de la fibra de aramida es químicamente inerte y muy lisa. Por lo tanto, queda prácticamente descartada cualquier adherencia química o mecánica a la matriz. El apresto aplicado tiene aquí únicamente una función protectora.

Las fibras de basalto se fabrican a partir de roca basáltica fundida y se estiran hasta formar filamentos continuos. Son de origen mineral y no metálicas. Como material de refuerzo, se comercializan, entre otras formas, en forma de rovings, esteras, mallas y tejidos.

Propiedades especiales

  • alta resistencia a las altas temperaturas y a los productos químicos
  • Buena resistencia mecánica y rigidez
  • Aislamiento eléctrico
  • Buena resistencia a la humedad
  • Dependiendo de la estructura de las fibras, buena amortiguación acústica y de vibraciones
  • Materia prima mineral

Para la pultrusión son especialmente relevantes los hilos de basalto adecuados. La facilidad de procesamiento y las propiedades posteriores del componente dependen, entre otras cosas, del apresto, del sistema de resina, del contenido de fibra y de la geometría del componente.

Formas de suministro habituales

  • Rovings
  • Mallas y telas
  • Tejidos

La arquitectura concreta de las fibras se selecciona en función de la dirección de la carga y de la aplicación.

Fibra de celulosa

La fibra de celulosa pertenece al grupo de las fibras de refuerzo orgánicas. Por lo general, está compuesta por pasta de celulosa al sulfito procedente de madera de haya o por celulosa de algodón puro.

En los inicios de la tecnología de los compuestos de fibra, esta fibra se utilizaba para reforzar las resinas fenólicas. Hoy en día sigue utilizándose en productos de papel endurecido con resina fenólica.

Fibra PAN

La fibra de poliacrilonitrilo pertenece al grupo de las fibras de refuerzo orgánicas sintéticas.
La fibra PAN es una fibra de alta resistencia con sección transversal reniforme. Se utiliza principalmente como material sustitutivo en productos de fibrocemento y en pastillas de freno.

Fibra de polietileno

La fibra de polietileno pertenece al grupo de las fibras de refuerzo orgánicas sintéticas.

La fibra de PE está compuesta por PE UHMW muy estirado. Su punto de fusión es de aproximadamente 150 °C y tiende a la fluencia. No obstante, presenta una elevada capacidad de absorción de energía de impacto y se utiliza preferentemente como material híbrido (en combinación con otras fibras de refuerzo).

Fibra cerámica

La fibra cerámica pertenece al grupo de las fibras de refuerzo inorgánicas sintéticas.
La fibra cerámica se utiliza para reforzar materiales metálicos.

Fibra de madera

La fibra de madera pertenece al grupo de las fibras de refuerzo orgánicas naturales.

Las harinas de madera que se utilizan para reforzar las masas moldeables de fenol-formaldehído y melamina-formaldehído suelen ser fibras de madera finamente trituradas procedentes de pino o haya.

Fibras de poliéster (PET)

Las fibras de poliéster pertenecen al grupo de las fibras de refuerzo sintéticas orgánicas.
Se utilizan principalmente en el sector textil. Su resistencia a la tracción es similar a la de las fibras de poliamida, pero su resistencia al impacto supera a la de la mayoría de las fibras sintéticas. Cuando se combinan con fibras de vidrio en materiales compuestos, se consigue una mejora de la resistencia al impacto.

Fibra de amianto

La fibra de amianto pertenece al grupo de las fibras de refuerzo inorgánicas naturales.

El amianto es la fibra inorgánica más antigua y se obtenía de yacimientos minerales naturales (silicatos hidratados de magnesio y sodio). Hoy en día, por razones bien conocidas, ya no se utilizan y han sido sustituidas.

Fibra metálica

Las fibras metálicas pertenecen al grupo de las fibras de refuerzo inorgánicas sintéticas.
Las fibras metálicas pueden fabricarse con acero, latón, bronce, cobre, aluminio, plata, oro y platino.
Las fibras metálicas se utilizan para reforzar materiales metálicos.

Fibra de sisal

La fibra de sisal pertenece al grupo de las fibras de refuerzo orgánicas naturales.

Sin embargo, a pesar de su precio más bajo en comparación con la fibra de vidrio, no logró imponerse.

No fue hasta que se buscó un material sustitutivo del amianto en la fabricación de pastillas de freno cuando el sisal volvió a ser objeto de interés.

Fibra de poliamida

La fibra de poliamida pertenece al grupo de las fibras de refuerzo orgánicas sintéticas.

Las fibras de poliamida más importantes desde el punto de vista técnico se basan en el PA 66 y el PA 6. En los compuestos, mejoran sobre todo la elasticidad y la resistencia a la fluencia.

Fibra de boro

La fibra de boro pertenece al grupo de las fibras de refuerzo inorgánicas sintéticas.

La fibra de boro se fabrica mediante el proceso de recubrimiento con cera. Como sustrato se utiliza el tungsteno. Se calienta eléctricamente un fino alambre de tungsteno y el boro se deposita a partir de la fase gaseosa.

Las fibras de boro se utilizan para reforzar materiales metálicos.

Whiskers

Los whiskers pertenecen al grupo de los materiales de refuerzo inorgánicos sintéticos.
Los whiskers son fibras inorgánicas monocristalinas de fabricación sintética. Si se consigue orientar estas fibras con una masa fundida, se obtiene un material compuesto con una resistencia extraordinaria.